第5章磁路和变压器

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第6章-磁路和变压器

第6章-磁路和变压器
非磁性材料没有磁畴的结构,所以不具有磁化特性。
(a)无外场,磁畴排列杂乱无章。
(b)在外场作用下,磁畴排列逐 渐进入有序化。
磁性物质的磁化示意图
2. 磁饱和性
磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的,当外磁场(或激 励磁场的电流)增大到一定程度时,全部磁畴都会转向与外场方向 一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。
IN lx
I
其中N 为线圈的匝数;Hx 是半径为 x 处的磁场强度 。
乘积 I N 是产生磁通的原因,称为磁动势,用F 表示。
F IN 单位是安培
4. 磁导率
磁导率μ是表示磁场空间 媒质 磁性质的物理量,是物质导磁能力 的标志量。
前面已导出环形线圈的磁场强度 H ,可得磁感应强度 B 为
Bx
磁导率的单位
0.39
A
可见由于所用铁心材料不同,要得到相同的磁感应强度,则所需要的磁动势或励
磁电流是不同的。因此,采用高磁导率的铁心材料可使线圈的用铜量大为降低。
6.2 交流铁心线圈电路
铁心线圈分为两种:
1.直流铁心线圈电路
2.交流铁心线圈电路
直流铁心线圈通直流来励磁(如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘 及各种直流电器的线圈)。因为励磁是直流,则产生的磁通是恒定的, 在线圈和铁心中不会感应出电动势来,在一定的电压U下,线圈电流I 只与线圈的R有关,P也只与I2R有关,所以分析直流铁心线圈比较简 单。本课不讨论。
t
qv
Fmax
F
I
B
B
l
B
l
I
S
N
同理,
vB F
三个矢量也构成右旋系关系。
如洛仑兹力公式所表示
F q v B

磁路与变压器知识考核试题

磁路与变压器知识考核试题

7.交流电磁铁的平均吸引力随气隙的减少而增加。 8.交流电磁铁线圈的平均吸引力随气隙的减少而增加。
( ) ( )
四、简答题
1、一交流电磁铁线圈所接正弦电压源电压的有效值不变,频率增加一倍,其平均吸引力如 何变化?如电源频率不变,电压有效值减少一半,电磁铁的吸引力如何变化?(只考虑磁饱 和影响) 。 2、如图 3-2, 判断同名端。
对称负载却把绕组烧坏了,则出现这种现象的原因不可能是( A)有一相绕组接反了 B)有两相绕组接反了
) 。
C)负载阻抗太小
5、交流电磁铁的平均吸引力随 A.U B.I 0
成正比变化。 C .U2 D .I 0 2
6、交流电磁铁的平均吸引力为瞬间值的最大值的____________倍。 A.1/2 B.1/4 C. 1 D.2
第五章 磁路与变压器
一、填空题 1、某台变压器的容量是 10000kVA,当负载功率因数为 器的输出功率是 9500kW;当功率因数为 0.7 时,它只能输出 了充分利用变压器的容量,必须提高 。

时,这台变压 kW。所以为
2、 两互感线圈如图 1 (a)、 (b)两种情况联接, 电压 U 相同, 若测 I a 10 A , Ib 5 A , 则 情况为顺串,因为此时的电流 3、变压器的损耗包括 ,b 与 和 为同名端, 。 。 的总和。 。 和
二、选择题
1.当流过电感线圈的电流瞬时值为最大值时,线圈两端的瞬时电压值为 A.零 B.最大值 C.有效值 。 。 D.不一定
2.对于理想变压器来说,下列叙述正确的是 A.变压器可以改变各种电源电压
B.变压器原绕组的输入功率是由副绕组的输出功率决定的 C.变压器不仅能改变电压,还能改变电流和电功率等 压 器 的 三 相 绕 组 Y 接 , 每 相 额 定 电 压 为 220V , 出 厂 时 测 得

(完整版)《电工基础》试题库及答案

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《电工基础》试题库说明:『1』本试题库使用专业:机电系大专专业『2』课程考核要求与知识点第一章电路的基本概念和基本定律1、识记:基本概念基本定律2、理解:(1)电位、电功率、电能的概念。

(2)电压、电流及它们的参考方向。

(3)电阻元件电压与电流关系,欧姆定律。

(4)电压源和电流源的电压与电流关系(5)基尔霍夫电流定律和电压定律。

3、运用:(1)参考方向的应用;(2)应用KCL、KVL求未知电流和电压第二章电路的分析方法1、识记:(1)电阻并、串联特性;(2)电阻星、三角连接的等效互换公式(3)两种电源模型的等效互换条件;(4) 戴维宁定理的条件和内容2、理解:(1)等效变换的概念。

(2)两种电源模型的等效互换条件;(3)戴维宁定理的条件和内容(4)叠加定理的条件和内容3、运用:(1)电阻串联、并联、混联的连接方式和等效电阻、电压、电流、功率的计算,电路中各点电位的计算。

(2)支路电流法、网孔法、节点法求解电路的方法(3)应用戴维宁定理确定负载获得最大功率的条件(4)运用叠加定理分析含有两个直流电源的电路。

第三章正弦交流电路1、识记:(1)正弦量的频率、角频率、周期的关系;(2)正弦量有效值、最大值、平均值的关系;(3)正弦量的相量表示法;(4)各种元件的复阻抗;(5)R、L、C元件电压与电流关系,感抗、容抗,平均功率(有功功率)、无功功率。

2、理解:(1)正弦交流电路量的特点;(2)R、L、C元件在正弦交流电路中电压和电流的各种关系;(3)串、并联谐振;3、运用:(1)RL、RC串、并联电路的分析(2)RLC串、并联电路的分析(3)有功功率、无功功率、视在功率、功率因数的计算第四章三相正弦交流电路1、识记:(1)对称三相正弦量(2)星形、三角形两种联结方式下线电压、相电压的关系,线电流、相电流、中性线电流的关系(3)对称三相电路的功率2、理解:(1)对称三相电路的分析方法(2)不对称三相电路的分析方法及中线的作用3、运用:(1)对称三相电路的分析计算(2)不对称三相电路的分析计算第五章磁路与变压器1、识记:(1)磁路的基本概念和定律;(2)变压器的特性参数2、理解:(1)铁磁性物质的磁化性能与磁化曲线和磁路的欧姆定律(2)交流铁心线圈电路磁通与外加电压的关系(3)变压器的结构和工作原理(4)特殊变压器的使用第六章供电与安全用电1、识记:安全用电和节约用电常识2、理解:发电、输电及工企供电配电第七章电工测量1、识记:(1)电工仪表与测量的基本常识;(2)万用表的使用方法2、理解:万用表的的结构3、运用:电压、电流的测量;电阻的测量;电功率的测量;电能的测量『3』考试命题内容具体分配情况(1)试题对不同能力层次要求的比例为:识记约占15%,理解约占45%,运用占40%;(2)试卷中不同难易度试题的比例为:较易占20%,中等占70%,较难占10%;(3)期末试题从本试题库中抽取。

第五章磁路与变压器

第五章磁路与变压器

A*
A*
X
X
a* x
a x*
i
F1
A •
Xi a
• x
F2
A •
X a•
x
i
F1
A •
Xi a
x 同名端

F2
A •
X a
x•
同名端
二、线圈的接法 电器使用时两种电压(220V/110V)的切换:
1
*
3
*
2
4
220V: 联结 2 -3
110V: 联结 1 -3,2 -4
两种接法下线圈工作情况的分析
220V:联结 2 -3
i
1 10 *
N
3
U 220
*
2
N
4
励磁
i10
2
N
Φ m
U220 4.44 f (2N )Φm
Φ m
U 220
4.44 f 2N
220V:联结 2 -3
Φ m
U 220
4.44 f 2N
110V:联结 1 -3,2 -4
i10 1
*
1,3
3
U 110
*
2
2,4
4
U110 4.44 f (N )Φm
按绕组数分: 双绕组、多绕组及自耦变压器。
二. 构造
变压器铁心: 硅钢片叠压而成。 变压器绕组: 高强度漆包线绕制而成。 其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等。
线圈 铁心
铁心
壳式变压器
线圈 心式变压器
单相变压器的基本结构
i1 Φ
u1
铁芯
i2
u2 RL
原边 绕组
副边 绕组

第五章 第一节变压器原理

第五章 第一节变压器原理

(2)绕组 一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕 制而成。 绕组套装在变压器铁心柱上,一般低压绕 组在内层,高压绕组套装在低压绕组外层, 以便于提高绝缘性能。
(3)油、油箱、冷却及安全装置 器身装在油箱内,油箱内充满变压器油。 变压器油是一种矿物油,具有很好的绝缘性能。 变压器油起两个作用:①在变压器绕组与绕组、 绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。②变压器油 受热后产生对流,对变压器铁心和绕组起散热作 用。 油箱有许多散热油管,以增大散热面积。 为了加快散热,有的大型变压器采用内部油泵强 迫油循环,外部用变压器风扇吹风或用自来水冲 淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。
二、变压器的基本工作原理
图5.1 双绕组变压器的工作原理示意图 (1)原理图 一个铁心:提供磁通的闭合路径。 两个绕组:一次侧绕组(原边)N1,二次侧绕组(副边)N2。 (2)工作原理 当一次绕组接交流电压后,就有激磁电流i存在,该电流在铁心中可产生一个 交变的主磁通Φ。 Ф在两个绕组中分别产生感应电势e1和e2
I 0 I m I 0 I 0a
图5.9给出了对应主磁路的相量图和等效电路。
(5-12)
图5.9 变压器主磁路的相量图和等效电路
由图5.9b得:
E1 (rm jxm )I m zm I m
2
(5-13)
r 式中,m 为激磁电阻,它反映了铁心内部的损耗即: pFe I m rm ;xm Lm 为激磁电 抗,它表征了主磁路铁心的磁化性能,其中,激磁电感 Lm 可由下式给出:
,称 S U1 I1 U 2 I 2 为视在容量。
由此可见,变压器在实现变压的同时也实现了变流。此外,变压器还可以实现阻抗变 换的功能。可以看出,若固定U1,只要改变匝数比即可达到改变电压的目的了,即: 若使 N2>N1,则为升压变压器(step-up transformer); 若使 N2<N1,则为降压变压器(step-down transformer)。 图5.1中,二次侧的负载阻抗为:

练习题_磁路和变压器_电机学课件_汤蕴璆(第三版)

练习题_磁路和变压器_电机学课件_汤蕴璆(第三版)

1.70
· 2 10.95 I’
·2 U’
' I1 I 2 53.43 36.8 53.43143.2 A
.
.
' ' ' U 1 I 1 [( R1 R 2 ) j ( X 1 X 2 )] U 2
.
.
53 .43 143 .2[( 2 .19 1 .70 ) j (15 .4 10 .95 )] 21271 .9 177 .2 V

2
电机学习题课
Electric Machinery
1-8 如图所示铁心线圈,线圈A为100匝,通入电流1.5A,线 圈B为50匝,通入电流1.0A,铁心截面积均匀,求PQ两点间 的磁位降。 方法一:由题可知,
F1 N 1i1 100 1 . 5 150 ( A) F 2 N 2 i 2 50 1 50 ( A)
电机学习题课
磁路和变压器
刘航航
2009年11月6日
电机学习题课
Electric Machinery
1-2 磁路的基本定律有哪几条?当铁心磁路上有几个磁动势 同时作用时,磁路计算能否用叠加原理,为什么?
磁路的基本定律磁路的欧姆定律、基尔霍夫第一定律和基尔霍夫第 二定律。 当铁心磁路上有几个磁动势同时作用时,分为两种情况考虑。当铁 心不饱和时,可以采用叠加原理。当铁心饱和时,磁化曲线不再是 一条直线,磁导率是变化的,H和B呈非线性关系,故不能采用叠加 原理。 注意:仍满足基尔霍夫第二定律
R k* cos 2 X k* sin 2 0,则 u 为负,即负载时的二
12
电机学习题课
2 17
Electric Machinery

电工电子技术试题库

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电工电子技术试题库第五章磁路和变压器一、填空题1、磁感应强度是表示磁场内某点的磁场()和()的物理量。

2、变压器由()和()组成。

3、变压器的三变作用是变()、变()和变()。

4、变压器线圈极性测定的方法有()法和()法。

5、变压器运行时其内部存在()损耗和()损耗。

6、变压器原、副边电压和原、副边线圈匝数成()比。

7、变压器是根据()原理制成的()电器。

8、自耦变压器原、副边之间不仅有()耦合,而且有()的联系。

9、交流铁心线圈的磁路分为()磁路和()磁路。

10、在电力系统中传输电能的变压器称为()变压器。

二、选择题1、铁磁性物质的磁导率()。

A、μr&amp;gt;1 Bμr=1 C、μr&amp;lt;1 D、μr&amp;gt;&amp;gt;12、变压器的负载为感性负载时,随着负载的增大副边电压将()。

A、上升B、下降C、不变D、可能上升、也可能下降3、变压器原、副边的电流和原、副边线圈匝数()。

A、成正比B、成反比C、无关D、可能成正比,也可能成反比4、一台变压器U1=220V,N1=100匝,N2=50匝,则U2=( )V。

A、110B、440C、220D、505、Y,yn联接的三相变压器常用于低压为()电力变压器。

A、220VB、500VC、110VD、400V6、磁场强度和磁场中某点的磁感应强度()。

A、成正比B、成反比C、相等D、无关7、变压器的额定容量Sn表示()。

A、输入的视在功率B、输出的视在功率C、输入的有功功率D、输出的有功功率8、交流铁心线圈的主磁通与电源电压()。

A、成正比B、成反比C、无关D、相等9、变压器的变比K&amp;gt;1时,变压器为( )。

A、升压变压器B、降压变压器C、升压降压变压器D、电流互感器10、变压器副边负载增加时,变压器的铁耗()。

A、增大B、减少C、不变D、可能增加也可能减少三、分析题1、变压器铁心起什么作用?2、试分析电力变压器实现能量传递的原理?3、在远距离输送电能的过程中为什么要采用高压输送?4、变压器有什么用途?5、变压器负载时引起副边端电压变化的原因是什么?6、一台50Hz的变压器,误将原边接在相同额定电压的直流电源上会出现什么后果?为什么?7、变压器空载运行时,原线圈加交流额定电压,这时原线圈的电阻R1很小,为什么空载电流I 0却不大?8、当变压器原边加额定电压,原线圈的匝数减少时,空载电流、铁损,副边空载时的电压变比将如何变化?9、一台变压器U1N/U2N=220/110V,如果将副边接到220V电源上,会出现什么后果?为什么?10、一台额定频率为50Hz的变压器,能否用于25Hz的交流电路中,为什么?四、计算题1、一台单相变压器,SN=50kVA,U1N/U2N=10 kV/400V,求原、副边的额定电流I1N、I2N。

第五章变压器1

第五章变压器1
二、分类
按用途分:电力变压器和特种变压器。 按绕组数目分:单绕组(自耦)变压器、双绕组变压器、 三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分:单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分:心式变压器和壳式变压器。 按调压方式分:无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分:干式变压器、油浸式变压器和 充气式变压器。
电工学 第五章
三、 变压器的结构
变压器由铁心和绕组两个基本部分组成, 另 外还有油箱等辅助设备, 现分别介绍如下。
1. 铁心 铁心构成变压器的磁路部分。 变压器的铁心
大多用0.35~0.5 mm厚的硅钢片交错叠装而成, 叠装之前, 硅钢片上还需涂一层绝缘漆。 交错 叠装即将每层硅钢片的接缝错开, 这样可以减小 铁心中的磁滞和涡流损耗。 图5-2为几种常见铁 心的形状。
e1、 e2与Φ符合右手螺旋法则。
电工学 第五章
由于副边开路, 这时变压器的原边电路相当于一个 交流铁心线圈电路。其磁动势i10N1在铁心中产生主磁 通Φ, 主磁通Φ通过闭合铁心, 在原、 副绕组中分别 感应出电动势e1、 e2。 根据电磁感应定律可得
e1
N1
d dt
e2
N2
d dt
电工学 第五章
一般小容量变压器的绕组用高强度漆包线绕制而 成, 大容量变压器可用绝缘扁铜线或铝线绕制。 绕 组的形状有筒型和盘型两种, 如图5-3所示。 筒型绕 组又称同心式绕组, 原、 副绕组套在一起, 一般低 压绕组在里面, 高压绕组在外面, 这样排列可降低 绕组对铁心的绝缘要求。 盘型绕组又称交叠式绕组, 原、 副绕组分层交叠在一起。
i 10
i 20
u1
e1
N1 N2
e2
u 20

电工电子技术(第二版)第五章

电工电子技术(第二版)第五章
电能输送到用电区域后,为了适应用电设备的电压要求,还需通过各级 变电站(所)利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。
那么变压器结构如何?如何实现电压升高或降低?图5-1所示为电力变压 器外形。
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5. 1 磁路及基本物理量
工程中常见的电气设备如变压器、电动机等,不仅包含电路部分,而 且还有磁路部分。
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5. 3 变压器
5. 3. 1 变压器的基本结构
变压器的种类很多,结构形式多种多样,但基本结构及工作原理都相 似,均由铁芯和线圈(或称绕组)组成。铁芯的基本结构形式有心式和 壳式两种,如图5-5所示。铁芯一般是由导磁性能较好的硅钢片叠制而 成,硅钢片的表面涂有绝缘漆,以避免在交流电源作用下铁芯中产生 较大的涡流损耗。与电源相接的线圈,称为一次侧绕组;与负载相接的 线圈称为二次侧绕组。
示意图。
例5 -1有一台电压为220/36 V的降压变压器,二次侧接一盏36 V, 40 W 的灯泡,试求:(1)若变压器的一次侧绕组N1 = 1100匝,二次侧绕组匝数 应是多少?(2)灯泡点亮后,一次侧、二次侧的电流各为多少?
解:(1)由公式(5一3),可以求出二次侧的匝数:
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5. 2 交流铁芯线圈
设电压、电流和磁通及感应电动势的参考方向如图5 -4所示。 由基尔霍夫电压定律有
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5. 2 交流铁芯线圈
大多数情况下,线圈的电阻R很小,漏磁通 较小即 根据法拉第电磁感应定律,有 得
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5. 2 交流铁芯线圈
由于电源电压与产生的磁通同频变化,设 电压的有效值为
作用而消耗的那部分能量。磁滞损耗的能量转换为热能而使磁性材料 发热为了减少磁滞损耗,一般交流铁芯都采用软磁材料。

变压器磁路分析

变压器磁路分析

变压器磁路分析变压器是一种用于电能的传输和转换的重要设备。

在变压器中,磁路是起到连接和传导磁场的关键组成部分。

磁路的设计和分析对于变压器的性能和效率具有重要影响。

本文将对变压器磁路进行分析,并探讨其影响因素及优化方法。

一、磁路结构变压器的磁路结构通常由铁芯和绕组组成。

铁芯为磁路提供低磁阻通道,绕组则产生和感应磁场。

磁路的结构对于磁通的传导和分布具有重要作用。

一般情况下,铁芯采用硅钢片叠压而成,以提高磁导率和减小铁芯损耗。

二、磁通分布在变压器工作时,通过铁芯和绕组的交变磁通会引起铁芯中的感应电动势和涡流。

为了减小涡流损耗和铁芯的磁饱和现象,一般采用分层绕结构、减小磁通密度或增加铁芯截面积等方法来调整磁通分布。

三、磁通漏磁在变压器中,磁通不仅会通过铁芯传导,还会存在一部分漏磁。

漏磁的存在会导致变压器的能量损耗和不同绕组间的耦合不均匀。

为了降低漏磁的影响,采用合理的绕组设计和增加绕组之间的屏蔽层可以有效地减小漏磁流失。

四、磁路特性分析变压器的磁路特性包括磁化曲线和磁滞损耗。

磁化曲线描述了铁芯材料的磁导率随磁场变化的关系,对于磁路的分析和计算具有重要意义。

而磁滞损耗是由于铁芯中磁场的变化而导致的能量损耗,影响变压器的效率和性能。

五、磁路优化方法为了提高变压器的性能和效率,可以采用以下磁路优化方法:1. 选择合适的铁芯材料:不同材料的铁芯具有不同的磁导率和饱和磁感应强度,选择合适的铁芯材料可以提高变压器的工作效率。

2. 优化绕组结构:通过改变绕组的布局和结构,可以减小绕组之间的耦合和漏磁现象,降低能量损耗。

3. 调整磁通密度:合理地分布和调整磁通密度可以避免磁饱和现象和涡流损耗,提高变压器的性能。

4. 使用绕组屏蔽层:在绕组之间增加屏蔽层可以减小漏磁的影响,提高变压器的耦合均匀性。

总结:变压器的磁路分析是了解变压器工作原理和性能的重要途径。

通过对磁路结构、磁通分布、磁通漏磁以及磁路特性的分析,可以得出合理的变压器设计方案,并采取相应的优化措施,提高变压器的效率和性能。

电工基础(第五版)

电工基础(第五版)

电感元件
电感元件的正弦交流电路 中,电压超前电流90度相 位,且电压与电流的比值 等于感抗。
电容元件
电容元件的正弦交流电路 中,电流超前电压90度相 位,且电压与电流的比值 等于容抗。
04 三相交流电路
三相电源及其连接方式
三相电源的星形连接
将三相绕组的末端连接在一起,作为中性点,各相绕组的始端引 出,作为三相电源的三根相线。
详细描述
基尔霍夫电流定律指出,对于电路中的任何节点或封闭面,流入的电流总等于流 出的电流。基尔霍夫电压定律则指出,对于电路中的任何闭合回路,沿回路绕行 一圈的电压降总和为零。
叠加定理
总结词
叠加定理是线性电路分析的重要定理,它指出在多个独立源 共同作用下,任一支路的响应等于各个独立源单独作用于该 支路产生的响应之和。
变压器正常工作时的电流值。
额定容量
变压器正常工作时的视在功率 。
运行特性
包括效率特性、外特性、调整率 和负载特性等,描述了变压器在
不同工作条件下的性能表现。
06 电动机及其控制
电动机的种类和结构
交流电动机
分为异步电动机和同步电动机, 结构简单,运行可靠,维护方 便。
伺服电动机
具有快速响应和高精度的特点, 常用于需要精确控制的位置和 速度控制系统。
如果三相负载的阻抗相等,则称为对 称负载;如果阻抗不等,则称为不对 称负载。
三相负载的三角形连接
三相负载的首尾顺次相连,形成闭合 三角形,各相负载的首端分别连接到 三根相线上。
三相电路的功率
有功功率
无功功率
电路中实际消耗的功率, 用于转换和利用电能。
电路中交换的功率,用 于维持磁场和电场。
视在功率

电工学 唐介 第5章 思考题及习题 解答 答案

电工学 唐介 第5章 思考题及习题 解答 答案

U 4.44 f N
即 Φm 的与磁路的几何尺寸无关。如果是直流铁心线圈, 磁路(铁心)的长度增加一倍,在相同的磁通势作用下,
由于磁阻增加了,主磁通就要减小。
返 回分析与思考题集 上一题 下一题
第5章 变 压 器
5.2 (3) 两个匝数相同(N1= N2 )的铁心线圈分别接 到电压相等(U1= U2)而频率不同(f1>f2)的两个交流电 源上时,试分析两个线圈中的主磁通 Φ1m 和 Φ2m 的相对 大小(分析时可忽略线圈的漏阻抗)。
只有满载时一次绕组铜损耗的 0.032 = 0.0009,故空载时的
返 回练习题题集 上一题
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第5章 变 压 器
铜损耗可以忽略不计。而铁损耗是不变损耗,空载与满载
时铁损耗相同。故可以认为空载损耗等于铁损耗,即
P0 = PFe,因此求得:
cos0
=
P0 U1N I0
【答】 一般来说不可以。因为这时高压绕阻的视在功 率可能超过了其容量。
返 回分析与思考题集 上一题 下一题
第5章 变 压 器
5.6 (1) 三相变压器一、二次绕组的匝数比为
N1 N2
=
10。
分别求该变压器在 Y,y、Y,d、D,d 和 D,y 接法时一、二次
绕组的线电压的比例。
【答】 Y,y 接法时:
第5章 变 压 器
5.4 (5) 例 5.4.4 中的变压器,当负载变化使得变压器 的电流为额定电流的 0.8 倍时,其铁损耗 PFe 和铜损耗 PCu 应为下述几种情况总的哪一种? (a) PFe 和 PCu 均不变; (b) PFe = 300×0.8 W、PCu = 400 ×0.8 W ; (c) PFe = 300×0.8 W、PCu 不变; (d) PFe 不变、

项目二 磁路和变压器

项目二  磁路和变压器

【例2-1】 已知匀强磁场方向垂直黑板向里,且磁感应强度B=0.5T,导线 中通入电流强度I=0.2A的电流,其方向如图所示。若导线长L=0.2m,求: 该导线所受安培力的大0.2N。
安培力的方向满足左手定则:在黑板平面内且垂直于导线斜向上
e Ф t
如果线圈有N匝,则感应电动势的大小为
eN Ф t
【例2-2】 如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一长度为L的 直导体AB,可沿平行导电轨道滑动。当导体以速度υ 向左匀速运动时,试 确定导体中感应电动势的方向和大小?
解:导体向左运动时,导电回路中磁通将增加,根据楞次定律判断,导体 中感应电动势的方向是B端为正,A端为负。用右手定则判断,结果相同。 设导体在Δ t时间内左移距离为d,则导电回路中磁通的变化量为
(a)外形
图2-8
(b)电路原理图
2.仪用互感器 能够将大的交流电流和高的交流电压变换成相应的小电流和低电压的测 量用变压器,称为仪用互感器。按用途不同,仪用互感器分为电压互感器和 电流互感器两种。 1)电压互感器 电压互感器实质是一种降压变压器,如图2-9所示,用于测量高压电压值。
图2-6
4.交流电压、电流和阻抗的变换 1)变换交流电压 设变压器原边线圈的匝数为n1,副边线圈的匝数为n2,穿过它们的磁通 分别是Φ 1和Φ 2等于电动势。
变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈匝数比即
U 1 n1 K U 2 n2
式中,K叫做变压比。。
2)变换交流电流 根据能量守恒定律,在忽略变压器内部损耗的情况下,变压器从电网中 获取的能量应该等于它提供给负载的能量,即输入功率等于输出功率。 变压器原副线圈的电流强度跟线圈的匝数成反比。
I 1 U 2 n2 I 2 U 1 n1

第5章磁路和变压器

第5章磁路和变压器

原绕组(或原边, 或初级绕组),和负载相连的线圈称为副
绕组(或副边, 或次级绕组)。绕组与绕组及绕组与铁心之 间都是互相绝缘的。
原线圈 副线圈
接电源
接负载
闭合铁芯
图 3 - 12变压器结构示意图
变压器的工作原理 为了叙述方便, 下面分两种情况分析变压器的运行状态。 1. 变压器的空载运行 压器原线圈接上额定的交变电压,副线圈开路不接负载, 称为空载运行,如图 3 -13 所示 。 1)空载电流I0
要使磁路中建立一定大小的磁通Φ,就必须在具有一定 匝数N的线圈中,通入一定大小的电流I 。实验证明,增大电 流I或增大线圈匝数N,都可以同样达到增大磁通Φ的目的。 可见,NI乃是建立磁通的根源。所以把乘积NI称作磁路的磁 动势,简称磁势。磁势的单位是安(A)。
A I E N匝

图 3 - 8磁路
Ku>1,是降压变压器;Ku<1,是升压变压器。 2. 变压器的负载运行 变压器副边接上负载阻抗Z后, 副线圈中通过电流i2, 如图 3 - 14 所示。
i0 e1

i2 u2
u1
N1
N2
e2
Z
图 3 - 14有载时的变压器
前已指出, 当电源电压U不变时, 铁心中主磁通Φ也基 本不变。
因此,当变压器带上负载后,原边磁动势i1N1和副边磁动 势i2N2共同产生的磁通,与变压器空载时的激磁磁势i0N1 所产 生的磁通也应基本相等,用数学式表示为 i1N1+i2N2=i0N1
U2≈E2=4.44fN2Φm

(3 - 13)
从式(3 - 12)、 (3 - 13)可以得到

U1 E1 N1 Ka U 2 E2 N 2
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4.44
fN
Φ m
5.2 变压器
变压器功能: 变电压:电力系统
变电流:电流互感器 变阻抗:电子电路中的阻抗匹配
(如喇叭的输出变压器)
变压器应用举例
发电厂 1.05万伏
升压
输电线 22万伏
降压
变电站 1万伏
降压

实验室
仪器
380 / 220伏
36伏
降压
降压
结构:
u1
变压器的工作原理
i1 Φ
铁芯
i2
第五章 磁路和变压器
5.1 磁路
磁性材料
磁性材料主要是指铁、镍、钴及其合金。
1. 磁化曲线
B-H曲线 2. 磁性材料
• 软磁: 电工软铁、硅钢片、铁镍合金
• 硬磁: 碳纲、铁、镍铝钴合金
• 矩磁材料: 铁氧体、坡莫合金
磁滞现象
当磁化电流为交变电流时,设磁性材料没有被磁化过:
H=Hm→0
B
B=Bm→Br
2 8
8
0.123 W
(2)最大输出功率时,RL 折算到原绕组应等于Ro 800 Ω。负载获得
的最大功率为:
Pm ax
I 2 RL
Ro
U
RL
2 RL
100 2 800 800
800 3.125 W
变压器变比为:
k N1 Ro 800 10
N2
RL
8
变压器的工作特性
1.电压调整率
磁路及其基本定律 磁路的基本概念
i
u1
s
线圈
线圈通入电流后, 产生磁通,分主磁通和 漏磁通。
:主磁通
u2
s :漏磁通
铁心
(导磁性能好 的磁性材料)
磁路:主磁通所经过的闭合路径。
1. 安培环路定律(全电流律):
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等 于通过这个闭合路径内电流的代数和。
vv
Ñ H dl I
接上交流电源 u1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
原边电流 i1等 于励 磁电流 i10
i10 产生磁通
i1
u1 e1
Φ
e2
(交变)
产生感应电动势
N1
N2
e1
N1

dt
e2
N2

dt
(e、 方向符合右手定则)
根据交流磁路的分析
可得:
u1
E1 4.44 f N1Φm
E2
4.44 f
N
Φ
2m
U1 E1 N1 K U2 E2 N2
I1N1 I2 N2
I1 N2 1 I2 N1 K
结论:原、副边电流与匝数成反比
3. 阻抗变换
u1
N1 N2
i1
i2
u2
RL
RL
U2 I2
从原边等效:
RL
U1 I1
KU 2 I2
K
U2 I2
K2
RL K 2
RL K 2RL
结论:变压器原边的等效负载,为副边所带负载乘以
变比的平方。
i1 u1
分析,不做定量计算。
磁路和电路的比较
磁I

N
磁动势 磁通 磁压降
F IN Φ HL
I

+
电动势 电流 电压降

E UR
_
E
I
U
磁路与电路的比较
磁路

N
电路 +I _E R
基本定律 磁阻
磁感应 强度
安培环路 定律
F Rm
Rm
l
S
Φ
B S
NI HL
0
欧姆定律 电阻
I E R l
R
S
2
RL
50 2 8 1.7(W) 108
(2)将负载通过变压器接到信号源上。
设变比 K N1 3.5 : 1
N2
则:
Rs
RL 3.52 8 98 u1
输出功率为:
i1 N1 N2 i2 u2 RL
pL
U RS
RL
2
RL
50 2
100 98
98
6.25W
结论:由此可见,加入变压器以后,输出功率提高 了很多。原因是满足了电路获得最大输出功率的条 件(RS=RL’)。
i
Φ
电路方程: 的感应电势
Φ
u uR (el ) (e )
u
eL
e
Ri N dΦ
dt
u 一般情况下 R 很小
Φ :主磁通
Φ
:漏磁通
u N dΦ
dt
i
Φ
Φ
u
eL
e
u N dΦ
dt
假设
Φ m
s in t
则 u NΦm cost
2 fNΦm cos t
最大值
Um
2
fN
Φ m
有效值
U
Um 2
强度不等)中,总磁动势等于各段磁压降之和。
NI HL
总磁动势
I
例:
NI HI H0l0
N
l0
l
二. 磁路的欧姆定律:
对于均匀磁路
NI HL B L L I
S
令:
Rm
l
s
Rm 称为磁阻
则: F NI L Rmφ S
S
N
L
磁路中的 欧姆定律
注:由于磁性材料 是非线性的,磁路欧姆定律多用作定性
频率不变时,铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或
有负载时基本不变
(U1 4.44 f N。1Φ带m )负载后磁动
势的平衡式为:
i1'N1 i2 N2 i10 N
i1N1 i2 N2 i10 N1
由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流
(i10 ) 很小,可忽略 。即:I1N1 I2 N2 0
u2 RL
原边
副边
绕组
绕组
单相变压器
i1
Φ
u1
N1
Φ u2
i2
RL
u1
变压器符号:
i1
i2
u2
RL
N2
N1
N2
电磁关系:
u1 i1 (i1N1 )
1
e1
N1
d dt
e2
N2
d dt
i2 (i2 N2 )
e 1
L 1
di1 dt
2
e 2
L 2
di2 dt
1. 电压变换
空载运行 :原边接入电源,副边开路。
铁损( PFE):
造成的损失。
涡流损失:交变磁通在铁芯中产生
为防止涡流损失,铁芯 一般由一片片导磁材料 叠成(如硅钢片)。
的感应电流(涡流), 造成的损失。
P2
P2
P1 P2 PFe PCu
3.额定值
(1)额定电压UN:指变压器副绕组空载时各绕组的电压。三相 变压器是指线电压。 (2)额定电流IN:指允许绕组长时间连续工作的线电流。 (3)额定容量SN:在额定工作条件下变压器的视在功率。
i10
i2
e1
e2 u20
i2 0 时 u2 u20
K为变比
结论:改变匝数比,就能改变输出电压。
2. 电流变换
负载运行:
副边带负载后对磁路的
i1 Φ
影响:在副边感应电压的 u1 e1
作用下,副边线圈中有了
N1 N2
i2
e2 Z
电流 i2 。此电流在磁路中
也会产生磁通,从而影响原边电流 i1。但当外加电压、
电流 强度
JI S
基尔霍夫 电压定律
E U
基尔霍夫 电流定律
I
0
5.1.3
二.交流磁路的分析 (交流铁心线圈电路)
1. 电磁关系
Φ
i
Φ
u
eL
e
Φ :主磁通
Φ :漏磁通
u i(Ni)
e N d
dt
e
N d dt
L
di dt
2.电压电流关系
Φ 交流激励
线圈中产生感应电势
和Φ 产生
单相变压器: SN U2N I 2N U1N I1N
三相变压器: SN 3U 2N I 2N 3U1N I1N
U U 20 U 2 100% U 20
U2 U20
2 0
2 0
I2N
I2
电压变化率反映电压U2的变化程度。 通常希望U2的变动愈小愈好,一般变压器的 电压变化率约在5%左右。
2.变压器的损耗与效率()
变压器的损耗包括两部分:
铜损 (PCU) :绕组导线电阻所致。
磁滞损失:磁滞现象引起铁芯发热,
I2 I1
电流方向和磁场强度的方向
I3
v H
符合右手定则的,电流取正;
否则取负。
在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同, 各处的磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:
NI HL
NI:称为磁动势。
一般用 F 表示。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
F=NI
HL:称为磁压降。
在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同,或磁场
i2
R
u2
(a)
变压器的阻抗变换
i1
u1
R′
(b)
例:扬声器上如何得到最大输出功率
设: 信号电压的有效值:
U1= 50V; 信号内阻:Rs=100 ; 负载为扬声器,其等
效电阻:RL=8。 求:负载上得到的功率
i
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